CN102903616A - 基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 - Google Patents
基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102903616A CN102903616A CN2012104081808A CN201210408180A CN102903616A CN 102903616 A CN102903616 A CN 102903616A CN 2012104081808 A CN2012104081808 A CN 2012104081808A CN 201210408180 A CN201210408180 A CN 201210408180A CN 102903616 A CN102903616 A CN 102903616A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- substrate
- reative cell
- flow
- cvd
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法,采用II-VI族族化合物半导体ZnO作为衬底,通过对ZnO衬底进行合理的预处理,调节生长压力,流量以及温度,实现石墨烯生长的最优化,在ZnO上面直接生长石墨烯,无需金属作为催化剂,生长的石墨烯无需转移过程,为氧化锌-石墨烯结构器件提供了材料,可直接用于制造各种器件,提高了器件的电学特性,可靠性,降低了器件制造的复杂性。可以生长出具有半导体洁净度的大面积石墨烯材料。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料与器件制造技术领域,涉及半导体材料的生长方法,特别是一种基于II-VI族半导体氧化锌衬底的石墨烯CVD外延生长方法,可用于无需转移的大面积石墨烯材料的生长制备,并为氧化锌-石墨烯光电、压电器件的制造提供材料。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体,是目前已知最轻最薄的材料,具有非常奇特的物理化学性质,具有突出的产业优势,有望替代Si成为下一代基础半导体材料的新材料。
过渡族金属催化化学气象沉积(CVD)外延是国际上广泛采用的大面积石墨烯制备的方法,它不受衬底尺寸的限制,设备简单,可以大批量生产。但是,CVD外延制备的原生石墨烯下方的金属衬底导电性使得其无法直接应用,必须依赖衬底转移技术,将金属衬底去除然后转移至合适的衬底上,而在转移过程中不可避免地会对石墨烯薄膜产生污染和损坏,影响石墨烯材料和器件的性能。
氧化锌(ZnO)作为一种直接带隙宽禁带材料,具有良好的压电和光电等性能,成为电子、光电研究领域的热门研究课题。可用于制备表面声波器件、太阳能电池、压敏器件、气敏器件、紫外探测器、发光器件等。特别是石墨烯发现之后,作为六方纤锌矿晶体,氧化锌和石墨烯的结合能够有效减少晶格失配、提高石墨烯的质量和面积,具有独特的优势。氧化锌—石墨烯器件结构已经成为研究热点。因此,在氧化锌衬底上直接利用CVD方法外延生长石墨烯,能够减小晶格失配,避免转移过程中残胶引起的性能退化,提高石墨烯和氧化锌衬底接触质量,具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术问题,提供一种基于氧化锌衬底的石墨烯气相化学沉积(CVD)方法,以在氧化锌衬底上直接生长石墨烯薄膜,为氧化锌-石墨烯结构器件提供材料。
实现本发明的技术关键是:在氧化锌衬底表面通过化学气相沉积方法(CVD)生长石墨烯薄膜,通过控制温度、气压、流量,实现石墨烯生长的最优化。其生长步骤包括如下:
(1)将ZnO衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间5~10min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干;
(2)将ZnO衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-5~10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度150~250℃,保持10~30min,然后抽真空至10-5~10-6Torr,排出衬底表面吸附气体;
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量1~20sccm,反应室真空度0.1~1Torr,衬底温度900~1000℃,处理时间1~10min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为10∶1~2∶1,H2流量20~200sccm,CH4流量1~20sccm,气压维持在0.1~1atm,温度900~1000℃,升温时间20~60min,保持时间30~60min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.1~1atm,完成石墨烯的生长;
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
本发明具有如下优点:
1.由于采用基于氧化锌衬底的常压无催化金属的石墨烯CVD外延生长方法,无需在后续步骤中对石墨烯进行转移,避免了对石墨烯材料的破坏。
2.由于采用于氧化锌衬底的石墨烯CVD外延生长方法,可以直接在氧化锌衬底上制造石墨烯器件,为氧化锌-石墨烯光电、压电器件提供材料基础。
附图说明
图1是本发明的氧化锌衬底上石墨烯薄膜化学气相沉积(CVD)生长流程图;
图2是本发明的氧化锌衬底上石墨烯薄膜化学气相沉积(CVD)生长结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定发明。
具体实施方式
实施例1在氧化锌衬底上制备石墨烯薄膜。
(1)将ZnO衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间10min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干。
(2)将ZnO衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-5Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度150℃,保持10min,然后抽真空至10-5Torr,排出衬底表面吸附气体。
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量1sccm,反应室真空度0.1Torr,衬底温度900℃,处理时间1min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为10∶1,H2流量20sccm,CH4流量2sccm,气压维持在0.1atm,温度1000℃,升温时间20min,保持时间30min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.1atm,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
实施例2在氧化锌衬底上制备石墨烯薄膜。
(1)将ZnO衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间8min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干。
(2)将ZnO衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度250℃,保持30min,然后抽真空至10-6Torr,排出衬底表面吸附气体。
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量20sccm,反应室真空度1Torr,衬底温度1000℃,处理时间10min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为2∶1,H2流量200sccm,CH4流量100sccm,气压维持在1atm,温度950℃,升温时间60min,保持时间40min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压1atm,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
实施例3在氧化锌衬底上制备石墨烯薄膜。
(1)将ZnO衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间10min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气(99.9999%)吹干。
(2)将ZnO衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,温度100℃,保持20min,然后抽真空至10-6Torr,排出衬底表面吸附气体。
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量10sccm,反应室真空度0.5Torr,衬底温度950℃,处理时间5min;
(5)向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为5∶1,H2流量100sccm,CH4流量20sccm,气压维持在0.5atm,温度900℃,升温时间40min,保持时间50min;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.5atm,完成石墨烯的生长。
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于氧化锌衬底的石墨烯CVD直接外延方法,其特征在于,
采用II-VI族半导体氧化锌作为衬底的石墨烯CVD外延生长方法,通过对氧化锌衬底进行合理的预处理,调节生长压力,流量以及温度,在氧化锌上面直接生长石墨烯,无需金属作为催化剂,可用于无需转移的大面积石墨烯材料的生长制备,并为氧化锌-石墨烯光电、压电器件的制造提供材料。
2.如权利要求1所述的石墨烯CVD直接外延方法,其特征在于,
(1)将ZnO衬底先后放入丙酮,乙醇和去离子水中进行清洗,每次时间5~10min,从去离子水中取出衬底,用高纯氮气吹干;
(2)将ZnO衬底放入化学气相淀积CVD反应室中,抽取真空至10-5~10-6Torr,以去除反应室内的残留气体;
(3)向反应室内通入高纯Ar,排出衬底表面吸附气体;
(4)向反应室内通入H2进行衬底表面预处理;
(5)向反应室中通入H2和CH4;
(6)自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,完成石墨烯的生长;
(7)温度降至100℃以下,关闭CH4、H2,通入Ar,打开反应室,取出样品。
2、如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延方法,其特征在于,向反应室内通入高纯Ar,排出衬底表面吸附气体时,温度150~250℃,保持10~30min,然后抽真空至10-5~10-6Torr。
3.如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延方法,其特征在于,向反应室内通入H2进行衬底表面预处理,气体流量1~20sccm,反应室真空度0.1~1Torr,衬底温度900~1000℃,处理时间1~10min。
4.如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延方法,其特征在于,向反应室中通入H2和CH4,保持H2和CH4的流量比为10∶1~2∶1,H2流量20~200sccm,CH4流量1~20sccm,气压维持在0.1~1atm,温度900~1100℃,升温时间20~60min,保持时间30~60min。
5.如权利要求2所述的石墨烯CVD直接外延方法,其特征在于,自然降温,保持工序(5)中的H2和CH4流量不变,气压0.1~1atm,完成石墨烯的生长。
6.一种利用权利要求1所述的基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法制造的器件。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2012104081808A CN102903616A (zh) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2012104081808A CN102903616A (zh) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102903616A true CN102903616A (zh) | 2013-01-30 |
Family
ID=47575800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2012104081808A Pending CN102903616A (zh) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102903616A (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104183300A (zh) * | 2013-05-23 | 2014-12-03 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种导电石墨烯薄膜及其制备方法和应用 |
CN104894640A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-09 | 天津理工大学 | 一种石墨烯衬底上ZnO分级纳米阵列及其制备方法及应用 |
CN105645345A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-06-08 | 北京科技大学 | 一种微纳器件及其制备方法 |
CN105845543A (zh) * | 2015-01-13 | 2016-08-10 | 中国科学院微电子研究所 | 石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件 |
CN106948169A (zh) * | 2017-03-16 | 2017-07-14 | 西北工业大学 | 一种石墨烯掺杂热解碳的制备方法 |
CN113394306A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-09-14 | 浙江大学 | 一种基于石墨烯的可重复使用ZnO单晶衬底及制备ZnO薄膜的方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110033688A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Veerasamy Vijayen S | Large area deposition of graphene via hetero-epitaxial growth, and products including the same |
CN102181924A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-09-14 | 苏州纳维科技有限公司 | 一种石墨烯的生长方法以及石墨烯 |
CN102560414A (zh) * | 2012-01-03 | 2012-07-11 | 西安电子科技大学 | 在3C-SiC衬底上制备石墨烯的方法 |
-
2012
- 2012-10-22 CN CN2012104081808A patent/CN102903616A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110033688A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Veerasamy Vijayen S | Large area deposition of graphene via hetero-epitaxial growth, and products including the same |
CN102181924A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-09-14 | 苏州纳维科技有限公司 | 一种石墨烯的生长方法以及石墨烯 |
CN102560414A (zh) * | 2012-01-03 | 2012-07-11 | 西安电子科技大学 | 在3C-SiC衬底上制备石墨烯的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
HUI BI 等: ""Direct growth of few-layer graphene films on SiO2 substrates and their photovoltaic applications"", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY》, no. 22, 3 November 2011 (2011-11-03), pages 411 - 416 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104183300A (zh) * | 2013-05-23 | 2014-12-03 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种导电石墨烯薄膜及其制备方法和应用 |
CN105845543A (zh) * | 2015-01-13 | 2016-08-10 | 中国科学院微电子研究所 | 石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件 |
CN104894640A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-09 | 天津理工大学 | 一种石墨烯衬底上ZnO分级纳米阵列及其制备方法及应用 |
CN105645345A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-06-08 | 北京科技大学 | 一种微纳器件及其制备方法 |
CN106948169A (zh) * | 2017-03-16 | 2017-07-14 | 西北工业大学 | 一种石墨烯掺杂热解碳的制备方法 |
CN113394306A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-09-14 | 浙江大学 | 一种基于石墨烯的可重复使用ZnO单晶衬底及制备ZnO薄膜的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102903616A (zh) | 基于ZnO衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
US8389389B2 (en) | Semiconductor layer manufacturing method, semiconductor layer manufacturing apparatus, and semiconductor device manufactured using such method and apparatus | |
CN102020263B (zh) | 一种合成石墨烯薄膜材料的方法 | |
CN102915913B (zh) | 基于蓝宝石衬底的石墨烯cvd直接外延生长方法及制造的器件 | |
CN102891074A (zh) | 基于SiC衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
CN109402653B (zh) | 一种Si衬底上InGaN纳米柱@Au纳米粒子复合结构及其制备方法与应用 | |
CN112086344B (zh) | 一种铝镓氧/氧化镓异质结薄膜的制备方法及其在真空紫外探测中的应用 | |
WO2013102360A1 (zh) | 基于金属膜辅助退火和Cl2反应的石墨烯制备方法 | |
CN109179388B (zh) | 一种一氧化碳制备石墨烯的方法 | |
CN104037244B (zh) | 一种晶硅太阳能电池钝化材料Al2O3浓度梯度掺杂ZnO薄膜及制备方法 | |
CN106006619A (zh) | 一种特定尺寸的石墨烯的制备方法 | |
CN103258919B (zh) | 非晶硅与多晶硅薄膜界面钝化及制备spa结构hit电池的方法 | |
CN102903617B (zh) | 基于GaN衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
CN112234117B (zh) | 基于n-GaN/p-GaSe/石墨烯异质结的自驱动超宽光谱光电探测器及制备方法 | |
CN107516691A (zh) | 一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法 | |
CN103101907B (zh) | 石墨烯、石墨烯制备方法及应用 | |
CN102903618B (zh) | 基于AlN衬底的石墨烯CVD直接外延生长方法及制造的器件 | |
CN104332512A (zh) | 一种微晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
JP2007180364A (ja) | 光電変換素子及びその製造方法並びに薄膜形成装置 | |
Choi et al. | Initial nucleation approach for large grain-size and high-quality microcrystalline silicon active layer in thin film transistors | |
CN102931076A (zh) | 一种氧化锌衬底转移石墨烯的退火方法 | |
CN113675261A (zh) | n型氮化硼薄膜/p型单晶硅异质pn结原型器件及制备方法 | |
CN104576802A (zh) | 基于硅薄膜和硅纳米线异质结的复合电池及其制备方法 | |
CN104803709A (zh) | 一种基于蓝宝石衬底生长石墨烯的方法 | |
CN110289207A (zh) | 在基于图形化蓝宝石衬底的石墨烯上生长氮化镓的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20160601 |
|
C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |